超声背向散射参数评价糖尿病患者心肌病变的临床研究
作者：朱永胜 钱蕴秋 朱 霆 张 军 李 军 周晓东
单位：710032 西安市第四军医大学西京医院超声诊断科
关键词：组织定征；超声背向散射；糖尿病；心肌
中国超声医学杂志990509 摘 要 目的：评价超声背向散射参数判断糖尿病患者心肌病变程度的临床应用价值。方法：用HP SONOS 2500LE型超声检查仪观测72例Ⅱ型糖尿病(DM)患者、正常对照组40例室间隔、左室后壁心肌背向散射参数。结果：Ⅱ型DM患者心肌平均IB%均显著增大，CVIB均减低或出现IBS曲线形态明显异常。IB%、CVIB对DM患者心肌病变有较高的阳性预告值和阴性预告值。结论：背向散射参数对判定心肌病变，判断心肌纤维化程度客观、简便，有较高的临床应用价值。
A Clinical Study in Assessment of Myocardial Fibrosis
, http://www.100md.com
with Ultrasonic Backscatter Parameters
Zhu Yongsheng,Qian Yunqiu,Zhu Ting,et al
Xijing Hospital,Fourth Millitary University Xi'an 710032
ABSTRACT Objective:To assess the value of ultrasonic backscatter parameters in determination myocardial abnormalities.Methods：Myocardial ultrasonic backscatter parameters of patients with diabetes millitus(DM,72 cases)and 40 normal members were measured by a modifided commercially available real-time backscatter signal 2D imaging system(HP SONOS 2500).Results:Time-averaged values of corrected myocardial IBS(IB%)of IVS or LVPW of patients with DM were all significantlly greater than those of normal.Some patients of group Ⅱ IBS-versus-time curve turned out to be abnormal and CVIB values decreased greatly.IB%,CVIB showed high positive or negative predictive values in assessment of myocardial abnormalities in patients with DM.Conclusion:Ultrasonic backscatter were useful in determinating myocardial abnormality and in assessing the degree of myocardial lesion in patients with diabetes millitus.It is an objective and direct technique for clinical application.
, 百拇医药
KEY WORDS Tissue Characterization Ultrasonic backscatter Diabetes millitus Myocardium
近年来组织超声背向散射方面的研究展示出其在心肌组织定征方面潜在的优势〔1〕。超声波在组织中传播遇到小于波长的界面产生散射，朝向探头(与入射波呈180°)散射称背向散射。组织背向散射参数能敏感反映心肌理化特征和病理状态。某一时刻相关散射区域射频信号的功率谱的积分，称为该区域背向散射积分(Integrated Backscatter,IBS)。心肌IBS及其心动周期的变化幅度(Cyclic Variation of IBS,CVIB)等是研究中的常用指标，本研究旨在初步探讨背向散射参数在评估糖尿病患者心肌病变方面的临床应用价值。
资料与方法
研究对象 临床确诊为Ⅱ型糖尿病住院患者72例，其中未应用胰岛素治疗者(糖尿病1组)39例，应用胰岛素治疗者(糖尿病2组)33例，正常对照组40例。
, http://www.100md.com
数据采集和分析 仪器采用HP SONOS 2500LE型超声诊断仪(配置组织背向散射积分二维图像采集和联机声学定量分析系统)和2.5MHz相控阵超声探头。背向散射选用射频信号二维图像。于标准胸骨旁左室长轴和二尖瓣、乳头肌、心尖水平左室短轴切面采集心肌背向散射积分数据。实验开始时把图像采集深度固定在16cm，增益定为70dB，调整TGC曲线，以得到良好的图像并使室间隔和左室壁信号相近。短轴切面调节LGC曲线使侧壁和室间隔中后部得到15dB的侧向增益补偿，在实验过程中仪器设置保持不变。联机分析时将椭圆型取样框(31×31 Pixel)置于室间隔、左室前、侧、后壁心肌层内，尽量避开心内膜或心外膜信号的干扰。每个节段采集5个心动周期背向散射积分的数据进行平均，分析后可以得到时间平均IBS和CVIB等指标，用心肌IBS和心包IBS比值做为心肌的校正IBS(IB%)，用百分数表示。
常规超声心动图检查 分别测定并计算各组受试者心脏室壁各节段收缩期增厚率、射血分数、短轴缩短率等及二尖瓣口舒张期血流频谱E、A峰峰值和E/A比值。
, 百拇医药
统计学分析 分别统计各组IB%和CVIB的平均值和标准差，各组与对照组间的显著性差异用t检验。
结 果
糖尿病患者和正常对照组临床资料和超声心动图检查测量结果见表1。Ⅱ型糖尿病1、2组患者左室内径改变不明显，室间隔、左室后壁增厚率、短轴缩短率、射血分数均有不同程度减低，其中糖尿病2组变化更为显著。但根据临床诊断标准判定为收缩舒张功能明显减低的糖尿病患者的比例并不高。
表1 各受试组超声心动图检查测量结果比较 项 目
正常组
糖尿病1组
糖尿病2组
年龄
, http://www.100md.com
性别(男/女)
左室舒张末期横径(mm)
收缩末期横径(mm)
室间隔厚度(mm)
增厚率(%)
左室后壁厚度(mm)
增厚率(%)
短轴缩短率(%)
射血分数(%)
E峰速度<60cm/s和/
或E/A<1比例(%)
49±14
, http://www.100md.com
20/20
46±4
31±3
9±2
48±11
9±1
64±16
40±5
59±6
5
50±9
21/18
47±5
, 百拇医药
30±5
10±1
44±12
9±1
54±13*
38±4
55±8*
15*
54±12
16/17
49±6
34±5
, http://www.100md.com
9±1
40±8*
9±1
50±13*
34±5*
52±7*
39*
注：*与正常组比较 P<0.01
正常组心肌IBS呈周期性变化，舒张末期最大，收缩末期最小，曲线形态呈反抛物线形。Ⅱ型糖尿病患者IB%增大，CVIB减低，其IB%和CVIB较正常对照组较有显著差别。胰岛素治疗组IB%、CVIB变化较非胰岛素治疗组变化更显著，两者IB%，CVIB比较，P值均小于0.05。图1，2，3分别为各组中典型病例患者室间隔和左室后壁的IBS曲线。各组心肌背向散射参数测值如表2示。
1：室间隔，2：左室后壁
, 百拇医药
图1 正常对照组1例IBS曲线
1：室间隔，2：左室后壁
图2 糖尿病1组1例患者IBS曲线
1：室间隔，2：左室后壁
图3 糖尿病2组1例患者IBS曲线
表2 几种常见疾病心肌背向散射参数比较 组 别
例数
测量切面
IB%
CVIB(dB)
, http://www.100md.com
室间隔
左室后壁
室间隔
左室后壁
正常对照组
Ⅱ型糖尿病1组
Ⅱ型糖尿病2组
40
39
33
左室长轴切面
左室长轴切面
左室长轴切面
, 百拇医药
28.1±5.0
38.9±8.8*
51.4±12.7**
27.9±4.8
36.1±7.4*
43.6±10.5**
7.8±1.9
4.9±3.2*
2.0±2.6**
9.2±1.8
, 百拇医药
5.4±2.6*
3.7±1.9**
*：与正常组比较P<0.05 **:与正常组比较P<0.01
IB%、CVIB对Ⅱ型糖尿病的心肌病变的诊断价值：本研究中IB%和CVIB分别选择33%，5.0dB为截断点，把IB%>33%，CVIB<4.0dB做为判断心肌异常的标准，结果如表3示。
表3 心肌背向散射参数对糖尿病心肌病变的预测价值 组 别
IB
CVIB
+PV
-PV
, 百拇医药
+PV
-PV
Ⅱ型糖尿病1组
Ⅱ型糖尿病2组
80.2
87.0
71.6
92.8
72.4
86.9
80.1
83.2
注：+PV：阳性预测值；-PV：阴性预测值讨 论
, 百拇医药
本研究中检测了Ⅱ型糖尿病患者，即老年性糖尿病患者心肌校正IBS和CVIB，探讨糖尿病患者心肌声学特征及背向散射参数在无创地评价心肌病变方面的意义。
心肌病理学研究表明，糖尿病患者心肌损伤的机制比较复杂，尚未完全阐明，过去倾向于认为糖尿病导致心脏细小动脉发生玻璃样变性造成狭窄，引起心肌组织缺血，近年来的研究发现还有多种因素直接引起糖尿病患者心肌细胞代谢障碍，最终导致心肌收缩、舒张功能的减低和心肌组织纤维化〔2，3〕。本研究把Ⅱ型糖尿病患者以是否应用胰岛素治疗分为两组，因为临床需用胰岛素治疗的Ⅱ型糖尿病患者都是病程比较长，病情比较重的患者，而Ⅱ型糖尿病患者心肌病变程度一般都与病程和病情相一致。
本实验的结果表明心肌背向散射参数IB%和CVIB均能敏感地反映心肌病变。尽管由于临床实践方面的限制，研究中未能进行心肌活检作为对照。我们已发现IB%、CVIB的变化和心肌组织病变特别是心肌组织纤维化关系密切。Ⅱ型糖尿病患者心肌的IB%、CVIB都发生了明显的变化。Ⅱ型糖尿病胰岛素治疗组和非胰岛素治疗组患者心肌IB%和CVIB变化程度的差别，从一定意义上反映出IB%、CVIB与心肌病变特别是心肌纤维化的程度存在相关性。以往的研究也证实了心肌校正IBS和心肌间质纤维化的容积比有明显相关性〔4，5〕。CVIB是反映室壁动力学的一个比较敏感的指标，与室壁局部收缩功能密切相关〔6〕。但是心肌收缩性又与心肌组织学异常包括心肌纤维化、心肌变性、心肌纤维排列紊乱等关系密切〔7〕。因此CVIB也可以间接反映心肌病变的程度，是判断心肌质量的又一重要指标。
, 百拇医药
另外，实验中我们初步评估了应用IB%、CVIB判断心肌病变的临床价值。应用IB%、CVIB判断心肌病变对Ⅱ型糖尿病有较高的阳性预告值和阴性预告值，明显优于常规超声心动图检查。但因观察病例和搜集临床资料有限，还需进一步研究来证实，特别是要选择最佳的截断点。
总之，心肌背向散射是实现心肌组织学量化观测的敏感的指标，可以通过研究组织声学特性的变化揭示组织病理学变化，可能成为一种很有价值的无创地评估心肌病变程度的有效手段。
参考文献
[1]朱 霆，钱蕴秋.超声背向散射积分与心肌组织定征.国外医学生物医学工程分册，1997，20：102～105
[2]武忠弼.病理学(第四版).北京，人民卫生出版社，1996，197～204
[3]Perez Z,Mc Gill JB,Santiago JV,et al.Abnormal myocardial acoustic properties in diabetic patients and their correlation with the severity of disease.J Am Coll Cardiol,1992,19:1154～1162
, 百拇医药
[4]Vered Z,Mohr GA,Baezilai B,et al:Ultrasonic backscatter tissue characterization of remote myocardial infarction in subjects.J Am Coll Cardiol,1989,13:84～91
[5]Vered Z,Baezilai B,Mohr GA,et al.Quantitatiive ultrasonic tissue characterization with real-time backscatter imaging in normal human subjects and in patients with dilated cardiomyophy.Circulation,1987,76:1067～1073
[6]Masuyama T,St Goar F,Tye TL,et al.Ultrasonic tissue characterization of human hypertrophied heart in vivo with cardic-depended variation in integrated backscatter.Circulation,1989,80:925～934
[7]Natio J,Masuyama T,Mano T,et al.Ultrasonic backscatter tissue characterization in patients with dilated cardiomyophy:Value in noninvasive assessment of myocardial fibrosis.Am Heart J,1996,131:115～121
(1998-11-04收稿，1998-12-21修回), http://www.100md.com
单位：710032 西安市第四军医大学西京医院超声诊断科
关键词：组织定征；超声背向散射；糖尿病；心肌
中国超声医学杂志990509 摘 要 目的：评价超声背向散射参数判断糖尿病患者心肌病变程度的临床应用价值。方法：用HP SONOS 2500LE型超声检查仪观测72例Ⅱ型糖尿病(DM)患者、正常对照组40例室间隔、左室后壁心肌背向散射参数。结果：Ⅱ型DM患者心肌平均IB%均显著增大，CVIB均减低或出现IBS曲线形态明显异常。IB%、CVIB对DM患者心肌病变有较高的阳性预告值和阴性预告值。结论：背向散射参数对判定心肌病变，判断心肌纤维化程度客观、简便，有较高的临床应用价值。
A Clinical Study in Assessment of Myocardial Fibrosis
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with Ultrasonic Backscatter Parameters
Zhu Yongsheng,Qian Yunqiu,Zhu Ting,et al
Xijing Hospital,Fourth Millitary University Xi'an 710032
ABSTRACT Objective:To assess the value of ultrasonic backscatter parameters in determination myocardial abnormalities.Methods：Myocardial ultrasonic backscatter parameters of patients with diabetes millitus(DM,72 cases)and 40 normal members were measured by a modifided commercially available real-time backscatter signal 2D imaging system(HP SONOS 2500).Results:Time-averaged values of corrected myocardial IBS(IB%)of IVS or LVPW of patients with DM were all significantlly greater than those of normal.Some patients of group Ⅱ IBS-versus-time curve turned out to be abnormal and CVIB values decreased greatly.IB%,CVIB showed high positive or negative predictive values in assessment of myocardial abnormalities in patients with DM.Conclusion:Ultrasonic backscatter were useful in determinating myocardial abnormality and in assessing the degree of myocardial lesion in patients with diabetes millitus.It is an objective and direct technique for clinical application.
, 百拇医药
KEY WORDS Tissue Characterization Ultrasonic backscatter Diabetes millitus Myocardium
近年来组织超声背向散射方面的研究展示出其在心肌组织定征方面潜在的优势〔1〕。超声波在组织中传播遇到小于波长的界面产生散射，朝向探头(与入射波呈180°)散射称背向散射。组织背向散射参数能敏感反映心肌理化特征和病理状态。某一时刻相关散射区域射频信号的功率谱的积分，称为该区域背向散射积分(Integrated Backscatter,IBS)。心肌IBS及其心动周期的变化幅度(Cyclic Variation of IBS,CVIB)等是研究中的常用指标，本研究旨在初步探讨背向散射参数在评估糖尿病患者心肌病变方面的临床应用价值。
资料与方法
研究对象 临床确诊为Ⅱ型糖尿病住院患者72例，其中未应用胰岛素治疗者(糖尿病1组)39例，应用胰岛素治疗者(糖尿病2组)33例，正常对照组40例。
, http://www.100md.com
数据采集和分析 仪器采用HP SONOS 2500LE型超声诊断仪(配置组织背向散射积分二维图像采集和联机声学定量分析系统)和2.5MHz相控阵超声探头。背向散射选用射频信号二维图像。于标准胸骨旁左室长轴和二尖瓣、乳头肌、心尖水平左室短轴切面采集心肌背向散射积分数据。实验开始时把图像采集深度固定在16cm，增益定为70dB，调整TGC曲线，以得到良好的图像并使室间隔和左室壁信号相近。短轴切面调节LGC曲线使侧壁和室间隔中后部得到15dB的侧向增益补偿，在实验过程中仪器设置保持不变。联机分析时将椭圆型取样框(31×31 Pixel)置于室间隔、左室前、侧、后壁心肌层内，尽量避开心内膜或心外膜信号的干扰。每个节段采集5个心动周期背向散射积分的数据进行平均，分析后可以得到时间平均IBS和CVIB等指标，用心肌IBS和心包IBS比值做为心肌的校正IBS(IB%)，用百分数表示。
常规超声心动图检查 分别测定并计算各组受试者心脏室壁各节段收缩期增厚率、射血分数、短轴缩短率等及二尖瓣口舒张期血流频谱E、A峰峰值和E/A比值。
, 百拇医药
统计学分析 分别统计各组IB%和CVIB的平均值和标准差，各组与对照组间的显著性差异用t检验。
结 果
糖尿病患者和正常对照组临床资料和超声心动图检查测量结果见表1。Ⅱ型糖尿病1、2组患者左室内径改变不明显，室间隔、左室后壁增厚率、短轴缩短率、射血分数均有不同程度减低，其中糖尿病2组变化更为显著。但根据临床诊断标准判定为收缩舒张功能明显减低的糖尿病患者的比例并不高。
表1 各受试组超声心动图检查测量结果比较 项 目
正常组
糖尿病1组
糖尿病2组
年龄
, http://www.100md.com
性别(男/女)
左室舒张末期横径(mm)
收缩末期横径(mm)
室间隔厚度(mm)
增厚率(%)
左室后壁厚度(mm)
增厚率(%)
短轴缩短率(%)
射血分数(%)
E峰速度<60cm/s和/
或E/A<1比例(%)
49±14
, http://www.100md.com
20/20
46±4
31±3
9±2
48±11
9±1
64±16
40±5
59±6
5
50±9
21/18
47±5
, 百拇医药
30±5
10±1
44±12
9±1
54±13*
38±4
55±8*
15*
54±12
16/17
49±6
34±5
, http://www.100md.com
9±1
40±8*
9±1
50±13*
34±5*
52±7*
39*
注：*与正常组比较 P<0.01
正常组心肌IBS呈周期性变化，舒张末期最大，收缩末期最小，曲线形态呈反抛物线形。Ⅱ型糖尿病患者IB%增大，CVIB减低，其IB%和CVIB较正常对照组较有显著差别。胰岛素治疗组IB%、CVIB变化较非胰岛素治疗组变化更显著，两者IB%，CVIB比较，P值均小于0.05。图1，2，3分别为各组中典型病例患者室间隔和左室后壁的IBS曲线。各组心肌背向散射参数测值如表2示。
1：室间隔，2：左室后壁, 百拇医药
图1 正常对照组1例IBS曲线
1：室间隔，2：左室后壁图2 糖尿病1组1例患者IBS曲线
1：室间隔，2：左室后壁
图3 糖尿病2组1例患者IBS曲线
表2 几种常见疾病心肌背向散射参数比较 组 别
例数
测量切面
IB%
CVIB(dB)
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室间隔
左室后壁
室间隔
左室后壁
正常对照组
Ⅱ型糖尿病1组
Ⅱ型糖尿病2组
40
39
33
左室长轴切面
左室长轴切面
左室长轴切面
, 百拇医药
28.1±5.0
38.9±8.8*
51.4±12.7**
27.9±4.8
36.1±7.4*
43.6±10.5**
7.8±1.9
4.9±3.2*
2.0±2.6**
9.2±1.8
, 百拇医药
5.4±2.6*
3.7±1.9**
*：与正常组比较P<0.05 **:与正常组比较P<0.01
IB%、CVIB对Ⅱ型糖尿病的心肌病变的诊断价值：本研究中IB%和CVIB分别选择33%，5.0dB为截断点，把IB%>33%，CVIB<4.0dB做为判断心肌异常的标准，结果如表3示。
表3 心肌背向散射参数对糖尿病心肌病变的预测价值 组 别
IB
CVIB
+PV
-PV
, 百拇医药
+PV
-PV
Ⅱ型糖尿病1组
Ⅱ型糖尿病2组
80.2
87.0
71.6
92.8
72.4
86.9
80.1
83.2
注：+PV：阳性预测值；-PV：阴性预测值讨 论
, 百拇医药
本研究中检测了Ⅱ型糖尿病患者，即老年性糖尿病患者心肌校正IBS和CVIB，探讨糖尿病患者心肌声学特征及背向散射参数在无创地评价心肌病变方面的意义。
心肌病理学研究表明，糖尿病患者心肌损伤的机制比较复杂，尚未完全阐明，过去倾向于认为糖尿病导致心脏细小动脉发生玻璃样变性造成狭窄，引起心肌组织缺血，近年来的研究发现还有多种因素直接引起糖尿病患者心肌细胞代谢障碍，最终导致心肌收缩、舒张功能的减低和心肌组织纤维化〔2，3〕。本研究把Ⅱ型糖尿病患者以是否应用胰岛素治疗分为两组，因为临床需用胰岛素治疗的Ⅱ型糖尿病患者都是病程比较长，病情比较重的患者，而Ⅱ型糖尿病患者心肌病变程度一般都与病程和病情相一致。
本实验的结果表明心肌背向散射参数IB%和CVIB均能敏感地反映心肌病变。尽管由于临床实践方面的限制，研究中未能进行心肌活检作为对照。我们已发现IB%、CVIB的变化和心肌组织病变特别是心肌组织纤维化关系密切。Ⅱ型糖尿病患者心肌的IB%、CVIB都发生了明显的变化。Ⅱ型糖尿病胰岛素治疗组和非胰岛素治疗组患者心肌IB%和CVIB变化程度的差别，从一定意义上反映出IB%、CVIB与心肌病变特别是心肌纤维化的程度存在相关性。以往的研究也证实了心肌校正IBS和心肌间质纤维化的容积比有明显相关性〔4，5〕。CVIB是反映室壁动力学的一个比较敏感的指标，与室壁局部收缩功能密切相关〔6〕。但是心肌收缩性又与心肌组织学异常包括心肌纤维化、心肌变性、心肌纤维排列紊乱等关系密切〔7〕。因此CVIB也可以间接反映心肌病变的程度，是判断心肌质量的又一重要指标。
, 百拇医药
另外，实验中我们初步评估了应用IB%、CVIB判断心肌病变的临床价值。应用IB%、CVIB判断心肌病变对Ⅱ型糖尿病有较高的阳性预告值和阴性预告值，明显优于常规超声心动图检查。但因观察病例和搜集临床资料有限，还需进一步研究来证实，特别是要选择最佳的截断点。
总之，心肌背向散射是实现心肌组织学量化观测的敏感的指标，可以通过研究组织声学特性的变化揭示组织病理学变化，可能成为一种很有价值的无创地评估心肌病变程度的有效手段。
参考文献
[1]朱 霆，钱蕴秋.超声背向散射积分与心肌组织定征.国外医学生物医学工程分册，1997，20：102～105
[2]武忠弼.病理学(第四版).北京，人民卫生出版社，1996，197～204
[3]Perez Z,Mc Gill JB,Santiago JV,et al.Abnormal myocardial acoustic properties in diabetic patients and their correlation with the severity of disease.J Am Coll Cardiol,1992,19:1154～1162
, 百拇医药
[4]Vered Z,Mohr GA,Baezilai B,et al:Ultrasonic backscatter tissue characterization of remote myocardial infarction in subjects.J Am Coll Cardiol,1989,13:84～91
[5]Vered Z,Baezilai B,Mohr GA,et al.Quantitatiive ultrasonic tissue characterization with real-time backscatter imaging in normal human subjects and in patients with dilated cardiomyophy.Circulation,1987,76:1067～1073
[6]Masuyama T,St Goar F,Tye TL,et al.Ultrasonic tissue characterization of human hypertrophied heart in vivo with cardic-depended variation in integrated backscatter.Circulation,1989,80:925～934
[7]Natio J,Masuyama T,Mano T,et al.Ultrasonic backscatter tissue characterization in patients with dilated cardiomyophy:Value in noninvasive assessment of myocardial fibrosis.Am Heart J,1996,131:115～121
(1998-11-04收稿，1998-12-21修回), http://www.100md.com